一、研究内容简述

本研究聚焦德国牧羊犬背部运动的三维动作分析，研究团队整合Vicon光学动作捕捉系统与AMTI测力台，构建了一套精准可靠的犬类步态分析方案，成功获取犬只在自然步行中的脊柱、髋膝跗关节运动学与地面反作用力数据，从而形成一套适用于脊柱疾病评估的健康犬标准数据库。

二、研究背景

犬类步态分析是兽医学、动物运动科学与康复医学的重要客观评估手段。过往研究多聚焦犬只四肢运动能力，而脊柱（尤其胸腰段、腰骶段）的运动模式对临床诊疗同样关键 —— 例如德国牧羊犬易患的退行性腰骶狭窄（DLSS）等疾病，常通过细微姿态改变与运动补偿表现，仅靠主观观察难以精准判断。

传统二维步态分析受限于平面信息，无法完整呈现犬类复杂三维脊柱运动，且不同犬种体型差异显著，导致运动学参数缺乏通用性。因此，建立特定犬种的三维步态标准化数据库，对临床诊断、手术评估、疾病监测及康复进度量化意义重大。本研究基于精准可靠的三维动作捕捉技术，构建犬类多节段脊柱模型，填补既有研究在脊柱运动评估中的空白，为病理性步态的定量化判断奠定坚实基础。

三、研究概述

本研究的核心目标包括两个部分：

①提出并验证一套基于Vicon动捕系统的犬类背部运动的三维动作分析方案；

②建立健康德国牧羊犬的规范化步态数据库，包括运动学、动力学及时空参数。

研究中，犬只需在6米步道上以自然速度行走，Vicon系统同步捕捉全身17个标记点的三维轨迹，包括脊柱关键节段（T6、T12、L2、L6、S1），用于构建三节段脊柱模型（胸段、腰段与骶段）。同时，双AMTI测力平台采集前后肢的地面反作用力（GRF）。通过计算步态周期中的关节角度变化、步幅、步速、步频、关节活动度（ROM）等指标，研究团队绘制了关节运动曲线并计算Bootstrap置信区间，形成可重复的规范化数据集。

研究输出包括：

—背部在矢状面与水平面的运动学曲线；

—髋、膝（stifle）、跗关节（tarsal）活动度范围；

—前后肢的标准化GRF；

—步态时空参数，如步幅、节律、速度等。

这套方案可为后续疾病犬只（如脊柱退变、神经损伤、术后康复）提供对照基准。

四、研究方法

研究采用Vicon六机位光学动作捕捉系统，结合17个反光标记点的布置方式，构建犬类多节段骨骼模型。标记点主要分布在四肢关键骨性标志处以及脊柱T6、T12、L2、L6、S1等部位，以捕捉背部运动。

实验流程包括两部分：

1·静态试验

犬只保持稳定站立姿势，四肢依序置于两块AMTI测力台上，用以采集完整的地面反作用力分布。该数据用于建立健康犬只的站立姿势动力学标准。

2·步态试验

犬只在6m步道上自由行走。Vicon系统构建所有标记点的三维位置，并通过软件自动计算：

*步态事件（IC/FC）

*步幅、步频、步速

*关节角度曲线（髋、膝、跗、腰骶、胸腰）

*脊柱在矢状面与水平面上的角度变化

*多节段脊柱模型的实时运动轨迹吸收

为降低噪声，标记点轨迹采用Butterworth滤波器处理。

最终通过Bootstrap统计方法生成关节运动曲线的置信区间，使结果更具临床参考价值。

五、研究结果

研究获得了健康成年德牧完整的步态运动学与动力学数据，包括：

1·时空参数标准值

*步频：约158step/min

*步速：约1.3m/s

*步幅：约1.0m

2·四肢关节活动度（ROM）

*髋关节ROM≈31°

*膝关节ROM≈27°

*跗关节ROM≈24°

符合正常犬只行走时矢状面运动幅度大的特征。

3·脊柱运动模式

胸腰段与腰骶段在矢状面ROM较小（3°–4°），符合背部稳定性结构；

而腰骶段在水平面ROM较大（≈9°），说明该节段承担更多旋转功能。

4·地面反作用力（GRF）

前肢承重约占体重的57%，后肢约占38%，符合正常犬类站立力分布。

这些结果构成了健康德牧脊柱及四肢运动的规范化数据库（normativedata），为临床病理步态诊断提供定量参照。

六、研究意义

该研究的重要意义在于：

①提供首套针对德国牧羊犬背部运动的三维步态标准模型，填补犬类脊柱运动学数据的国际空白；

②为脊柱疾病如DLSS（退行性腰骶狭窄）、椎间盘病变、神经缺损、术后康复等提供精准的量化评估手段；

③建立了可重复、可推广的多节段脊柱动作捕捉流程，可用于其他犬种及更多动物科学实验；

④通过高精度动作捕捉，使主观判断转为客观评估，有助于临床医生制定个体化治疗方案。

在临床兽医学快速发展的今天，客观、标准化的运动学评估亟需高精度设备的支持。本研究构建的数据库与方法，为未来学术研究、临床筛查与康复跟踪提供了坚实基础。

原文链接：https://doi.org/10.3390/vetsci7010026

如有侵权，请联系我们删除！

扶光观察

Vicon 动捕系统为犬类脊柱步态协议的精准构建提供核心支撑，凭借五大核心优势赋能动物运动科学研究，非侵入式设计抗毛发干扰且不影响动物行为，适配多物种自定义研究需求。依托其高稳定性与精准性，研究成功建立国际罕见的犬类脊柱运动规范数据库，为疾病筛查、康复研究提供技术基石。

扶光合拓深耕生物力学与运动科学领域，以专业动捕解决方案赋能科研与临床创新，欢迎了解更多动物运动研究定制化服务！您可关注我们的微信公众号并留言咨询，或访问公司官网www.newbiolab.com.cn进行查询；也可致电010-80201918直接联系我们。